DE1027123B

DE1027123B - Heat exchanger for the heat treatment of fine-grained material, in particular lime or cement, by means of gases

Info

Publication number: DE1027123B
Application number: DER19058A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Josef Rosa; Vlastimil Petr
Original assignee: JOSEF ROSA DR ING
Current assignee: JOSEF ROSA DR ING
Priority date: 1955-06-14
Filing date: 1956-06-13
Publication date: 1958-03-27

Description

Wärmeaustauscher zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Material, insbesondere Kalk oder Zement, durch Gase Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Material, insbesondere Kalk oder Zement, durch Gase.Heat exchangers for the heat treatment of fine-grained material, in particular Lime or cement, by gases The invention relates to a heat exchanger for the heat treatment of fine-grained material, especially lime or cement Gases.

Zum Brennen von Kalk und Zementklinkern werden hauptsächlich zwei Arten von Öfen verwendet, die Ring- bzw. Schachtöfen und die Drehrohröfen. Die erstgenannten bieten bei gutem thermischem Wirkungsgrad keine oder nur geringe Möglichkeit einer Mechanisierung. Die Drehrohröfen können gut mechanisiert werden, weisen jedoch bedeutende kalorische Verluste auf. Sie werden deshalb in Längen von 150 bis 300 m ausgeführt und sind, sowohl was den Betrieb als auch die Anschaffungskosten betrifft, sehr kostspielig.For burning lime and cement clinker mainly two are used Types of furnaces used, the ring or shaft furnaces and the rotary kilns. The former offer little or no possibility of one with good thermal efficiency Mechanization. The rotary kilns can be mechanized well, but have significant caloric losses. They are therefore designed in lengths of 150 to 300 m and are very good, both in terms of operation and cost expensive.

Die Hauptschwierigkeit beim Betrieb von Drehrohröfen bildet die Ausnutzung der Wärme der Abgase. Die bei kürzeren Öfen entweichenden Gase weisen eine Temperatur von 300 bis 600° C, beim Brennen von Stückkalk sogar über 800° C auf. Die in diesen Gasen enthaltene Wärme stellt einen Brennstoffverlust von 20 bis 50°/o dar. Die Ausnutzung dieser Wärme in Abwärmekesseln hat sich vom betriebstechnischen Standpunkt als ungeeignet erwiesen.The main difficulty in operating rotary kilns is their utilization the heat of the exhaust gases. The gases escaping from shorter ovens have a temperature from 300 to 600 ° C, when burning lump lime even over 800 ° C. The ones in these Heat contained in gases represents a fuel loss of 20 to 50%. The Utilization of this heat in waste heat boilers has changed from the operational point of view proved unsuitable.

In neuerer Zeit werden diese Gase zum Vorwärmen des Rohgutes vor seinem Eintritt in den Drehrohrofen ausgenutzt. Für Stückmaterial werden Systeme von Wanderrosten verwendet, bei denen die Abgase durch das Rohgut hindurchtreten und dieses dadurch vorwärmen. Auch diese Vorrichtungen bringen hohe Investitionskosten mit sich und sind recht störanfällig.In recent times, these gases are used to preheat the raw material before his Entrance to the rotary kiln used. Moving grating systems are used for piece material used, in which the exhaust gases pass through the raw material and this thereby preheat. These devices also entail high investment costs and are quite prone to failure.

Es ist bekannt, daß der Wärmeaustausch zwischen einem strömenden Gas und feinen Materialteilchen mit großer Geschwindigkeit verläuft, so daß bei genügend kleinen Teilchen ein Wärmegefälle von mehreren 100° C im Bruchteil einer Sekunde ausgeglichen werden kann. Ein Nachteil beruht jedoch darin, daß das staubförmige Material von dem Gas mitgenommen wird, so daß der Wärmeaustausch im Gleichstrom verläuft. Die Temperaturen der Gase und des Materials können sich also höchstens ausgleichen. Wenn z. B. die gleiche Gewichtsmenge von Gasen und Werkstoffen gleicher spezifischer Temperatur angenommen wird, wobei die Gastemperatur 1000° C und die Materialtemperatur 0° C beträgt, wird die resultierende Temperatur des Gases sowie des Materials 500° C betragen. Der Wärmeverlust in den abziehenden Gasen ist also immer noch bedeutend.It is known that the heat exchange between a flowing gas and fine particles of material travel at great speed, so that if there is enough small particles have a heat gradient of several 100 ° C in a fraction of a second can be compensated. However, a disadvantage is that the dusty Material is entrained by the gas, so that the heat exchange is in direct current runs. The temperatures of the gases and the material can therefore at most balance. If z. B. the same weight of gases and materials are the same specific temperature is assumed, the gas temperature 1000 ° C and the Material temperature is 0 ° C, the resulting temperature of the gas will be as well of the material should be 500 ° C. So the heat loss in the exhausting gases is still significant.

Auf Grund dieser Erkenntnis wurde ein mehrstufiger Wärmeaustauscher vorgeschlagen, bei dem das in der letzten Stufe vorgewärmte Material von dem Traggas abgeschieden und in die vorhergehende Stufe übergeführt wird. Hier ist die Gastemperatur höher, das Material wird wiederum auf eine höhere Temperatur vorgewärmt, von neuem abgeschieden, und auf diese Weise tritt das Material durch den Wärmeaustauscher bis zur Eintrittsseite der Gase hindurch.Based on this knowledge, a multi-stage heat exchanger was developed proposed in which the material preheated in the last stage of the lifting gas is deposited and transferred to the previous stage. Here is the gas temperature higher, the material is again preheated to a higher temperature, again deposited, and in this way the material passes through the heat exchanger through to the inlet side of the gases.

Diese Vorrichtung besteht aus einer Anzahl im wesentlichen senkrechter Rohrstränge, die mittels Krümmer so miteinander verbunden sind, daß ein schlangenförmiges Rohrsystem gebildet ist, in welchem die Drehrohrofenabgase abwechselnd in auf- und absteigender Richtung geführt werden. Die Rohrgutaufgabe erfolgt in einem von den Abgasen zuletzt durchströmten Rohrstrang mit nach oben gerichtetem Abgasstrom. Die Gutabführstutzen der untenliegenden Krümmer sind mit einem der vorhergehenden Rohrstränge mit ebenfalls nach oben gerichtetem Gasstrom durch Rohre verbunden. Bei dieser Vorrichtung müssen die aufeinanderfolgenden Rohrstränge in ansteigenden Stufen angeordnet werden, damit das Gut von dem Krümmer des einen Rohrstranges durch eine Rohrleitung in einen der vorhergehenden Rohrstränge fließen kann. Dadurch erhält diese Vorrichtung der Höhe nach sehr große Ausmaße, sie erfordert ein eigenes Gebäude von bis zu 30 m Höhe. Da der untenliegende Krümmer jeden Rohrstranges mit einem vorangehenden Rohrstrang durch eine besondere Fallleitung verbunden ist, wird die Anlage außerdem recht kompliziert. Die Herstellungskosten sind infolgedessen recht beträchtlich.This device consists of a number of substantially vertical ones Pipe strings that are connected to one another by means of bends in such a way that a serpentine Pipe system is formed in which the rotary kiln exhaust gases alternately in and descending direction. The tube feed takes place in one of the Exhaust gases last through the pipe string with the exhaust gas flow directed upwards. the Gut discharge nozzles on the bends below are connected to one of the preceding pipe strings connected to the gas flow also directed upwards by pipes. With this device the successive pipe strings must be arranged in ascending steps, so that the material from the bend of a pipe string through a pipeline into one the preceding pipe strings can flow. This gives this device the Very large in height, requiring a separate building of up to 30 m Height. Since the underlying Elbow of each pipe string with one the preceding pipe string is connected by a special downpipe, the The system is also quite complicated. The manufacturing cost is right as a result considerably.

Eine Verbesserung in dieser Richtung stellt die vorliegende Erfindung dar. Gemäß derselben wird ein Wärmeaustauscher zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Material, insbesondere Kalk oder Zement, durch Gase geschaffen, dessen Hauptmerkmal darin beruht, daß die Rohrstränge dicht aneinanderliegen und zur Gutabscheidung in den betreffenden Rohrsträngen je ein aus flachen oder profilierten, einander überdeckenden Leisten gebildetes Sieb vorgesehen und derart schräg angeordnet ist, daß dadurch das Gut zu einer Austrittsöffnung, die in den jeweils vorhergehenden Strang mündet, geleitet wird, ferner daß an dieser Mündungsstelle der jeweils vorhergehende Rohrstrang derart verjüngt ist, daß infolge der dort entstehenden Umwandlung von Druck- in Geschwindigkeitsenergie sich ein Sog an der Mündung der Austrittsöffnung bildet, wodurch das Gut in den jeweils vorhergehenden Rohrstrang gelangt.The present invention provides an improvement in this direction According to the same, a heat exchanger for heat treatment of fine-grained Material, especially lime or cement, created by gases, its main characteristic is based on the fact that the pipe strings lie close to one another and for the separation of material in each of the pipe strings in question one of flat or profiled, one another covering strips formed screen is provided and arranged at an angle in such a way that that thereby the material to an outlet opening in the preceding Strand opens, is conducted, furthermore that at this point of opening the respective preceding one Pipe string is tapered in such a way that as a result of the conversion of Pressure and speed energy create a suction at the mouth of the outlet opening forms, whereby the material gets into the respective preceding pipe string.

Es handelt sich hier demnach um eine Gegenstrom-Rezirkulationsvorrichtung, in welcher das in den eigentlichen Wärrneaustauscher an der Austrittsseite der Abgase eintretende Material in den einzelnen Abschnitten des Austauschers entgegen der Strömungsrichtung der Gase verschoben wird und an der Eintrittsseite der Gase in den Austauscher aus diesem austritt. Diese Verschiebung entgegen der Strömungsrichtung der Gase wird durch eine teilweise Rezirkulation des Gases zwischen den einzelnen Abschnitten des Austauschers erzielt. Es ist nicht erforderlich, das Material bei seinem Durchtritt durch den Austauscher zum Stillstand zu bringen, es aus dem Traggas abzuscheiden oder die einzelnen Austauscherstufen in irgendwelcher Weise voneinander abzutrennen.It is therefore a countercurrent recirculation device, in which that in the actual heat exchanger on the outlet side of the exhaust gases entering material in the individual sections of the exchanger contrary to the Direction of flow of the gases is shifted and on the inlet side of the gases in the exchanger exits from this. This shift against the direction of flow The gases are caused by a partial recirculation of the gas between each Sections of the exchanger achieved. It is not necessary to include the material Bringing its passage through the exchanger to a standstill, removing it from the lifting gas to separate or the individual exchange stages from each other in some way to separate.

Das Arbeitsschema des Wärmeaustauschers ist in der Zeichnung veranschaulicht.The working scheme of the heat exchanger is illustrated in the drawing.

Der eigentliche Austanscher besteht aus einer Anzahl von unmittelbar nebeneinander angeordneten Kanälen, z. B. 1, 2, 3 und 4 und 5. Diese Kanäle sind durch Bögen 10, 14, 18 und 22 fortlaufend miteinander verbunden und bilden somit ein geschlossenes schlangenartiges System. Das Gas tritt in den Austauscher durch einen Stutzen 26 ein und durch einen Stutzen 33 aus diesem aus. Am Ende jedes Kanals sind über die gesamte Breite schräg angeordnete Siebe 12, 16, 20, 24 und 28 vorgesehen, die aus flachen oder in einer bestimmten Weise profilierten, unter einem bestimmten Winkel gereihten und sich entgegen der Strömungsrichtung des Gases gegenseitig überdeckenden Leisten gebildet sind. Das an der Trennwand zum vorangehenden Kanal gelegene Ende dieser Siebe liegt in Höhe des Anfangs des vorangehenden Kanals, in der Strömungsrichtung betrachtet. An dieser Stelle sind in den Trennwänden der Kanäle Schlitze 13, 17, 21 und 25 vorgesehen, durch welche die beiden Nachbarkanäle verbunden sind. Außerdem ist hier der vorangehende Kanal an den Stellen 11, 15, 19, 23 und 27 in geeigneter Weise verjüngt. Von den Schlitzen 13, 17, 21 und 25 verlaufen die Siebe zur gegenüberliegenden Kanalwand schräg rückwärts zur Stromrichtung des Gases.The actual exchanger consists of a number of immediately adjacent channels, e.g. B. 1, 2, 3 and 4 and 5. These are channels Continuously connected to one another by arches 10, 14, 18 and 22 and thus form a closed serpentine system. The gas passes through the exchanger a nozzle 26 in and through a nozzle 33 out of this. At the end of each channel screens 12, 16, 20, 24 and 28 are provided diagonally across the entire width, those made of flat or profiled in a certain way, under a certain Lined up at an angle and mutually overlapping against the direction of flow of the gas Lasts are formed. The end located on the partition to the previous channel this sieve is level with the beginning of the preceding channel, in the direction of flow considered. At this point there are slots 13, 17, 21 and 25 are provided, through which the two adjacent channels are connected. aside from that the preceding channel at points 11, 15, 19, 23 and 27 is more suitable here Way tapered. The sieves run from the slots 13, 17, 21 and 25 to the opposite one Channel wall inclined backwards to the direction of flow of the gas.

Das feingemahlene Material wird in den letzten Kanal 5 an seinem Anfang an der Stelle 9 aus einem Vorratsbehälter 6 über eine Förderschnecke 7 und ein Fallrohr 8 zugeführt und verläßt den Wärmeaustauscher durch den Kanal 1 an der Stelle 29. Der Wärmeaustauscher arbeitet folgendermaßen: Das warme Gas strömt vom Eintrittsstutzen 26 in der Pfeilrichtung durch die Kanäle. An der Stelle 9 nimmt das Gas das hier zugeführte, vorgewärmte Material mit und übergibt ihm einen Teil seiner Wärme. Am Ende des Kanals 5 stoßen die Materialkörner gegen die Leisten des Siebes 12 und verschieben sich infolge ihrer Trägheit in der Richtung gegen die Mündung des zum vorangehenden Kanal 4 führenden Schlitzes 13. Der Hauptteil des Traggases strömt durch das Sieb 12 in die Austrittsleitung 33. Ein Teil des das Material enthaltenden Gases wird jedoch durch den Schlitz 13 in den Kanal 4 angesaugt, wo infolge der Verjüngung an der Stelle 15 ein niedrigerer statischer Druck herrscht. Hier wird die das Material enthaltende Gasmenge wiederum mit dem Hauptstrom des Gases vermischt und das Material in der Richtung gegen das Sieb 16 getragen, wo sich der Vorgang wiederholt. Auf diese Art und Weise tritt das Material mit dem rezirkulierenden Gas durch den ganzen Austauscher entgegen der Strömungsrichtung des Gases hindurch, bis das Material am Ende des Austauschers in einem mit automatischen Klappen 31 oder einem anderen mechanischen Verschluß versehenen Zyklon 30 abgeschieden wird und in den Drehofen gelangt. Das in den Zyklon 30 tretende Gas wird durch die Leitung 32 zum Austrittsstutzen 33 geleitet.The finely ground material is in the last channel 5 at its beginning at the point 9 from a storage container 6 via a screw conveyor 7 and a downpipe 8 and leaves the heat exchanger through channel 1 at point 29. The heat exchanger works as follows: The warm gas flows from the inlet nozzle 26 in the direction of the arrow through the channels. At point 9 the gas takes this here supplied, preheated material and gives it some of its heat. At the At the end of the channel 5, the grains of material push against the strips of the sieve 12 and move due to their inertia in the direction towards the mouth of the to preceding channel 4 leading slot 13. The main part of the carrier gas flows through the sieve 12 into the outlet line 33. Part of the containing the material However, gas is sucked through the slot 13 into the channel 4, where as a result of Tapering at point 15 there is a lower static pressure. Here will the amount of gas containing the material is in turn mixed with the main flow of gas and the material is carried against the screen 16 in the direction where the process takes place repeated. In this way the material enters with the recirculating Gas through the entire exchanger against the direction of flow of the gas, until the material at the end of the exchanger in a with automatic flaps 31 or another cyclone 30 provided with a mechanical lock and gets into the rotary kiln. The gas entering the cyclone 30 is passed through the line 32 passed to the outlet nozzle 33.

Durch dieses Verfahren wird eine vollkommene Ausnutzung der Abgaswärme ermöglicht. Das entgegen der Strömungsrichtung des Gases fortschreitende Material gelangt mit stets wärmeren Gasen in Berührung. Die Wärmeübertragung von dem aufgewirbelten Gas auf das pulverförmige Material ist ideal. Bei einer unendlichen Anzahl von Kanälen wäre es theoretisch möglich, eine vollständige Übergabe der Wärme von den Gasen an das Material zu erzielen, d. h. also einen Zustand, bei welchem das Material aus dem Austauscher mit der Temperatur der eintretenden Gase austreten und die Gase mit der Temperatur des eintretenden Materials abziehen würden. In Wirklichkeit ist jedoch die Anzahl der Kanäle begrenzt. Dabei ist es nicht nötig, die einzelnen Kanäle voneinander zu trennen, das Material aus den Gasen abzuscheiden oder in einer anderen Weise mit ihm zu verfahren. An dem Austauscher befinden sich keine beweglichen Teile, die sonst bei hohen Temperaturen eine bedeutende Störungsquelle darstellen. Der ganze Austauscher bildet ein kompaktes Ganzes, dessen Ausmaße kleiner als diejenigen der bestehenden Austauscherkonstruktionen sind. Seine Gestalt ermöglicht die Ausführung einer wirksamen Wärmeisolation (Ummauerung), so daß die Wärmeverluste gering sind.This process makes full use of the exhaust gas heat enables. The material advancing against the direction of flow of the gas comes into contact with ever warmer gases. The heat transfer from the whirled up Gas on the powdery material is ideal. With an infinite number of channels It would theoretically be possible for a complete transfer of the heat from the gases to achieve the material, d. H. thus a state in which the material exit from the exchanger with the temperature of the incoming gases and the gases would withdraw with the temperature of the incoming material. In reality it is however, the number of channels is limited. It is not necessary to use the individual channels to separate from each other, to separate the material from the gases or in another Way to deal with him. There are no moving parts on the exchanger, which otherwise represent a significant source of interference at high temperatures. Of the whole exchanger forms a compact whole, the dimensions of which are smaller than those of the existing exchanger designs. Its shape enables it to be carried out an effective thermal insulation (walling), so that the heat losses are low.

Die Ausnutzungsmöglichkeit des Austauschers ist äußerst weitgehend. So z. B. ermöglicht derselbe eine vollkommene Mechanisierung der Kalkerzeugung. Der geförderte Kalkstein wird ohne jegliches Sortieren zuerst zerkleinert und auf eine gewünschte Körnung gemahlen. Hierauf wird er in dem Austauschersystem vorgewärmt und schließlich in einem Drehofen gebrannt. Als Produkt ergibt sich dann gemahlener Kalk.The possibility of using the exchanger is extremely extensive. So z. B. it enables a complete mechanization of lime production. The extracted limestone is first crushed and opened without any sorting ground a desired grain size. It is then preheated in the exchanger system and finally burned in a rotary kiln. The product is then ground Lime.

Außer allen Vorteilen, die dieses wärmewirtschaftliche technologische Verfahren bietet, muß noch betont werden, daß auf diese Weise der gesamte geförderte Kalkstein verarbeitet werden kann, von dem bei dem bisherigen Brennverfahren in Ring- und Schachtöfen bis zu 401/o in der Form von Schotter zum Abfall kommt.Except for all the advantages that this thermal economic technological Procedure offers, it must be emphasized that in this way the entire funded Limestone can be processed, from which in the previous combustion process in Ring and shaft furnaces up to 401 / o comes to waste in the form of gravel.

Ferner kann der erfindungsmäßige Austauscher z. B. in einer Überdruckausführung zum Trocknen von feinkörnigem Material oder schließlich auch zum Vorwärmen des Zementrohmaterials vor seinem Eintritt in den Drehofen verwendet werden.Furthermore, the exchanger according to the invention, for. B. in a positive pressure version to dry of fine-grained material or finally to the Preheating the cement raw material prior to its entry into the rotary kiln can be used.

Der erfindungsmäßige Austauscher kann in verschiedenen weiteren Einrichtungen und Abänderungen durchgeführt werden, und zwar nicht nur was die eigentliche Ausführung und Anordnung des Hilfszubehörs des Austauschers, sondern auch seine Verwendung anbelangt, ohne dadurch den eigentlichen Grundgedanken der Erfindung zu ändern.The exchanger according to the invention can be used in various other devices and changes are made, and not just what the actual execution is and arrangement of auxiliary accessories of the exchanger, but also its use without changing the basic idea of the invention.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Heat exchanger for the heat treatment of fine-grained material, in particular lime or cement, using gases, essentially consisting of a serpentine wound pipe in which the material - viewed in the direction of the general flow - is separated from the gases and each. is fed back to the existing pipe strings, characterized in that the pipe strings lie close to one another and a sieve (12, 16, 20, 24, 28) formed from flat or profiled, overlapping strips is provided and arranged at an angle in each case for separating the material in the respective pipe strings is that the material is thereby led to an outlet opening (13, 17, 21, 25) which opens into the respective preceding line, furthermore that at this point of opening the respective preceding pipe line is tapered in such a way that as a result of the conversion of Pressure and speed energy create a suction at the mouth of the outlet opening (13, 17, 21, 25), whereby the material gets into the respective preceding pipe string.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the taper of the individual pipe strings by appropriate design of the connecting pipe strings Pipe bend (10, 14, 18, 22) is formed.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that at the exit point of the goods from the serpentine winding tube, a dust collector, in particular cyclone (30), is provided, the Suction line (32) connected to one point of the serpentine pipe is at which a lower gas pressure than at the outlet point of the separator prevails. Publications considered: German Patent Ur. 967 250.